Estos Apuntes de Electricidad Aplicada a los Buques han sido elaborados pensando fundamentalmente en los alumnos de los ciclos formativos de Supervisión y Control de Máquinas e Instalaciones del Buque y de Operación, Control y Mantenimiento de Máquinas e Instalaciones del Buque, pertenecientes a la familia profesional de Actividades Marítimo Pesqueras en cuyos currículos figuran los módulos de Instalaciones y Equipos Eléctricos del Buque e Instalaciones y Máquinas Eléctricas, respectivamente.
Su lectura puede ser, asimismo, de gran utilidad, tanto para los profesionales encargados de la supervisión, control y operación de la planta eléctrica de los buques, como para aquellos que desempeñan tales funciones en instalaciones offshore, de cogeneración, etc.
El contenido de los mismos puede dividirse en tres bloques claramente diferenciados;
En el primero, que incluye los dos primeros capítulos, se tratan los conceptos y fenómenos eléctricos y electromagnéticos básicos y se introducen la corriente alterna y los sistemas trifásicos.
En el segundo, formado por los capítulos tercero, cuarto y quinto, se estudian las máquinas eléctricas, tanto estáticas (transformadores) como rotativas (generadores y motores, de corriente continua y alterna).
El tercer bloque, que incluye los capítulos sexto al último está dedicado al estudio de la problemática en torno a la utilización de la energía eléctrica a bordo de los buques: generación, distribución, instalaciones de fuerza y alumbrado, etc. Incluyendo un capítulo introductorio a la electrónica de potencia.
CAPÍTULO I CONCEPTOS Y FENÓMENOS ELÉCTRICOS Y ELECTROMAGNÉTICOS BÁSICOS 11
1.1 Introducción 11
1.2 Conceptos básicos sobre circuitos eléctricos 13
1.3 Potencia y energía eléctricas 21
1.4 Conexión de los consumidores en un circuito 25
1.5 Conexión de generadores 30
1.6 Receptores eléctricos 38
1.7 Resolución de circuitos complejos 42
1.8 El magnetismo 44
1.9 Ley de Biot–Savart 46
1.10 Campo magnético creado por una corriente rectilínea 47
1.11 Campo magnético creado por corrientes en espiras 47
1.12 Fuerzas creadas por campos magnéticos 49
1.13 Leyes de Faraday y de Lenz 52
1.14 La autoinducción 55
1.15 Intensidad magnética H 57
1.16 Permeabilidad relativa 58
1.17 Electroimanes 60
1.18 Circuitos magnéticos 61
1.19 Corrientes de Foucault 63
1.20 Condensadores 63
1.21 Carga y descarga de un condensador 65
1.22 Acoplamiento de condensadores 66
CAPÍTULO II CORRIENTE ALTERNA 69
2.1 Corriente alterna 69
2.2. Generación de una tensión alterna 69
2.3 Valores característicos de una c.a. 71
2.4 Representación gráfica de una corriente senoidal 74
2.5 Circuito de corriente alterna con resistencia 77
2.6 Circuito de corriente alterna con autoinducción 78
2.7 Circuito de corriente alterna con condensador 81
2.8 Circuito serie RLC 82
2.9 Circuitos acoplados en paralelo en c.a 86
2.10 Corrección del factor de potencia 90
2.11 Introducción a los sistemas trifásicos 94
2.12 Generación de corriente alterna trifasica 95
2.13 Acoplamiento en triángulo 95
2.14 Acoplamiento en estrella 96
2.15 Conexión de receptores en los sistemas trifásicos 98
2.16 Corrección del factor de potencia en los sistemas trifásicos 105
CAPÍTULO III TRANSFORMADORES 107
3.1 Transformadores 107
3.2 Transformadores monofásicos: constitución y funcionamiento 107
3.3 Fuerza electromotriz en el primario y en el secundario 108
3.4 Relaciones fundamentales en un transformador ideal 109
3.5 El transformador real 112
3.6 Rendimiento de un transformador 119
3.7 Transformadores trifásicos 120
3.8 Uso de transformadores a bordo 126
CAPÍTULO IV MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE CONTINUA 129
4.1 Máquinas eléctricas 129
4.2 Dinamos 129
4.3 Devanados del inducido 133
4.4 Excitación de las dinamos. devanados inductores 140
4.5 Dinamo de excitación independiente 141
4.6 Dinamo con excitación en serie 142
4.7 Dinamo con excitación en derivación 144
4.8 Dinamo con excitación compound 146
4.9 Regulación de tensión en una dinamo 148
4.10 Identificación de bornes 148
4.11 Acoplamiento de dinamos en paralelo 149
4.12 Motores de c.c 150
4.13 Tipología de los motores de c.c. 153
4.14 Motores con excitación en serie 153
4.15 Motor con excitación en derivación 155
4.16 Motor de excitación compound 158
4.17 Inversión del sentido de giro de un motor de c.c 160
4.18 Regulación de la velocidad de giro del motor 1624.19 El motor de arranque 164
CAPÍTULO V MÁQUINAS ELÉCTRICAS DE CORRIENTE ALTERNA 169
5.1 El alternador 169
5.2 Frecuencia de un alternador 174
5.3 Fuerza electromotriz generada por fase 174
5.4 Circuito equivalente de un generador sincrónico 176
5.5 Medición de los parámetros del modelo de generador sincrónico 180
5.6 Sistemas de excitación de los alternadores 182
5.7 Regulación de tensión en los alternadores 183
5.8 Acoplamiento de generadores en paralelo 187
5.9 Características de frecuencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador sincrónico 191
5.10 Reparto de cargas entre dos generadores de igual tamaño 193
5.11 Protección de generadores 196
5.12 Grupos electrógenos de emergencia 197
5.13 Introducción a los motores eléctricos de c.a 199
5.14 Motores asíncronos: principio de funcionamiento 201
5.15 El motor asíncrono trifásico: constitución y funcionamiento 203
5.16 Deslizamiento del motor 207
5.17 Cambio del sentido de giro de los motores asíncronos trifásicos 208
5.18 Balance de potencias en los motores asíncronos 208
5.19 Par motor 209
5.20 Característica mecánica de un motor asíncrono trifásico 211
5.21 Relación entre el deslizamiento y las pérdidas en el devanado rótorico 212
5.22 Tipos de rotor en los motores asíncronos trifásicos 214
5.23 Devanados estatóricos en los motores asíncronos 216
5.24 Regulación de la velocidad de los motores asíncronos 216
5.25 Motores síncronos 218
5.26 Motores monofásicos 219
CAPÍTULO VI GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN
ELÉCTRICA A BORDO DE LOS BUQUES 223
6.1 El concepto de planta eléctrica del buque 223
6.2 Características de la planta eléctrica de un buque 223
6.3 Tipología de las plantas 224
6.4. Situación a bordo de las plantas generadoras 227
6.5 Determinación de las necesidades de energía a bordo 227
6.6 Toma de corriente externa 230
6.7 Distribución eléctrica a bordo. Introducción 230
6.8 Cuadros eléctricos 233
6.9 Cables eléctricos 236
6.10 Cálculo de las secciones 239
6.11 Cálculo de la caída de tensión en líneas de c.c. 240
6.12 Cálculo de la caída de tensión en las líneas de c.a 241
6.13 Cálculo de la sección en líneas trifásicas 242
CAPÍTULO VII INSTALACIONES DE ALUMBRADO Y SERVICIOS AUXILIARES 247
7.1 Esquemas y símbolos eléctricos 247
7.2 Alumbrado del buque 251
7.3 Lámparas de incandescencia 253
7.4 Lámparas fluorescentes 255
7.5 Lámpara de vapor de mercurio 258
7.6 Lámpara de vapor de sodio 258
7.7 Corrección del factor de potencia en las instalaciones de alumbrado 260
7.8 Instalación de lámparas de alumbrado 260
7.9 Accesorios y mecanismos utilizados en las instalaciones de alumbrado 260
7.10 Protección básica de circuitos de alumbrado 264
7.11 El circuito de luces de navegación 273
CAPÍTULO VIII INSTALACIONES DE FUERZA 275
8.1 Introducción 275
8.2 Elementos de control de motores eléctricos 276
8.3 Elementos de protección contra sobrecargas y cortocircuitos 282
8.4 Arranque de motores asíncronos trifásicos 284
8.5 Arranque electrónico de motores asíncronos 287
CAPÍTULO IX CIRCUITOS EN C.C. PILAS Y ACUMULADORES 289
9.1 Introducción 289
9.2 Pilas eléctricas 289
9.3 Acumuladores 290
9.4 Capacidad de un acumulador 292
9.5 Métodos de carga 292
9.6 Cargadores de baterías 292
9.7 Emplazamiento de las baterías 293
9.8 Operación y mantenimiento de baterías de plomo 294
9.9 Operaciones y mantenimiento de baterías de níquel-cadmio 298
9.10 Operación y mantenimiento de baterías de níquel–hierro 2999.11 Determinación de la capacidad de la batería 299
CAPÍTULO X MANTENIMIENTO DE EQUIPOS Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS 301
10.1 Conceptos generales sobre mantenimiento industrial 301
10.2 Organización técnico-administrativa del mantenimiento 302
10.3 Seguridad en las operaciones de mantenimiento de los sistemas eléctricos 303
10.4 Mantenimiento eléctrico. generalidades 304
10.5 Mantenimiento preventivo de generadores 306
10.6 Mantenimiento preventivo de transformadores 308
10.7 Mantenimiento preventivo de motores 309
10.8 Mantenimiento preventivo de equipos eléctricos 309
10.9 Averías eléctricas 311
CAPÍTULO XI INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 313
11.1 Semiconductores 313
11.2 La unión pn 315
11.3 Constitución y funcionamiento de un diodo 318
11.4 El diodo zener 319
11.5 Dispositivos optoelectrónicos 320
11.6 El tiristor 320
11.7 El triac 321
11.8 Circuitos rectificadores 321
11.9 Rectificadores controlados 326
CAPÍTULO XII MEDIDAS ELÉCTRICAS BÁSICAS 329
12.1 Errores de medición 329
12.2 Precisión de un aparato de medida 330
12.3 Instrumentos de medida 330
12.4 Medida de la intensidad 333
12.5 Medida de la tensión 335
12.6 El polímetro 336
12.7 Medida de la potencia 336
12.8 Medida de la potencia reactiva 337
12.9 Medida de la potencia activa en c.a. trifásica 337
12.10 Medida de la frecuencia 338
12.11 Medida del factor de potencia 338
12.12 Medida de resistencias electricas 339
12.13 Medida de la resistencia de aislameinto 339
12.14 Test de continuidad 340
ANEXO I 341
BIBLIOGRAFÍA 355
Francisco Javier Martín Pérez
Javier Martín Juan